JP4117740B2 - 金属多孔体とその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電池やキャパシタなどの電気化学素子の電極、あるいは各フィルター材として利用可能な金属多孔体とその製造方法に関する。
電気やキャパシタや燃料電池などの電気化学素子の分野においては、電極基材として２次元的または３次元的な金属製の多孔体が用いられている。また、エアフィルターやオイルミストフィルターなどの各種フィルター材などにも同様の金属多孔体が利用されている。かかる２次元的な金属多孔体の代表例としては、銅箔や鋼板に穿孔（パンチング）を施した穿孔鋼板（通称：パンチングメタル）、あるいは金属板を引き伸ばし、網目状にしたエキスパンドメタルなどを挙げることができる。
３次元的な金属多孔体としては、発泡メタルを挙げることができる。発泡は、通常、格子状の孔を有するウレタンフォームにニッケルなどの金属をメッキして、還元性雰囲気で燒結し、さらにウレタンフォームを除去する工程により作製される。ナイロン等の細い繊維を折り合わせた不織布にメッキし、同様の工程で作製される繊維金属もある。
電池等の電気化学素子の電極基材として用いる場合には、より電気を取り易い構造にする必要がある。このため、従来においては発泡メタル等の３次元的金属多孔体を用いることが一般的となっている。しかし、３次元的の金属多孔体は、２次元的な金属多孔体と比べてウレタン等の材料費がかかり、また燒結等の工程を必要とするため、製造コストが非常に高くつく。また、３次元構造をとるため、繊維や骨格等を太くして強度を向上させる必要があり、その結果、必然的に重量が重くなり、活物質の充填量が低下し、電池容量の低下を招く不利もある。
以上のような３次元的金属多孔体を電極基材とした場合の不具合を解消するものとして、特許文献１には、金属板の上下に金属繊維等を付けた基材を集電体として用いることが提案されている。特許文献２には、エンボス加工で押圧力を付加し、凹凸部の頂点にバリを設けた金属板を基材とする製造方法が提案されている。特許文献３には、金属板を波型に加工した基材を用いることが提案されている。
しかしながら、上記エンボス加工で押圧力を付加し、凹凸部を設けた金属多孔体を用いる場合や波型に加工を加える場合は、バリや鋭利な凸部が基材の表面に形成されやすいという問題が生じる。また、基材の表面に鋭利な部分を形成する場合、一回の工程での基材作製が難しい点でも不利がある。すなわち、一旦凹凸を作製してからバリを作製する、あるいは波型に加工する等の二つ以上の工程が必要となり、このように機械加工の工程が多くなると、基材に歪が蓄積されて破断し易くなり、結果として歩留まりの低下を招く。歪を解消するためには、熱処理等を施せばよいが、その場合には新たな工程の追加が必要となり、その分だけ製造コストが増加する。連続して基材を作製するとき、基材を巻き取る必要があるが、表面に波型や鋭利な突起があると巻き取り時に引っ掛かり易く、歩留まりの低下を招き、また作製した基材を取り扱う場合に、ハンドリングに留意する必要もある。
本発明の目的は、断面が立体構造で表面にバリや鋭利な凸部が表面に一切なく、微細なピッチで並ぶ多数個の微細口を有し、しかも軽量でありながら堅固な骨格構造を持つ金属多孔体とその製造方法を提供することにある。
本発明は、図１ないし図３に示すごとく、板厚が１０〜５０μｍの平板状の金属板２に対してプレス加工を施すことにより成型された、多数独立の開口部８を有する金属多孔体１である。この金属多孔体１は、重量が５０〜４５０ｇ／ｍ 2 の範囲にあり、金属板２の表裏に、交互に突出するように形成された多数の突起３を有する。各突起３は、上底５（突出部）の面積が下底６の面積よりも狭い角錐台状に形成されている。各突起３の上底５には、上底５から下底６の方向に向かって打ち抜かれた、平面視で多角形状の開口部８が形成されている。そして、表面側の上底５と裏面側の上底５との上下方向にかかる間隔寸法、すなわち金属多孔体２の厚み寸法をｄ、打ち抜かれた部分の高さ寸法をｅとしたときに、0.３＜ｅ／ｄ＜0.９が成り立つように各部の寸法が設定されている。なお、ここで「平面視で多角形状の開口部８」とは、角の一部が丸みを帯びた略多角形状の開口部を含む概念であり、全体として多角形状となっているものを含む。
本発明は、図４に示すごとく、短辺と長辺とを有する長方形状の板厚が１０〜５０μｍの平板状の金属板２を、長辺方向に走行させ、一対のエンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓに送り込み、これにプレス加工を施すことにより成型を行う、多数独立の開口部８を有する金属多孔体１の製造方法である。図１および図７に示すごとく、この金属多孔体１は、金属板２の表裏に、交互に突出する多数の突起３を有する。各突起３は、上底５（突出部）の面積が下底６の面積よりも狭い菱形錐台状に形成されている。各突起３の上底５には、上底５から下底６方向に向かって打ち抜かれた、平面視で菱形形状の開口部８が形成されている。この開口部８は、上底５の中央部に凹み形成された菱形錐形状の小凹部９と、該小凹部９の中央部において、上底５の四つの角部に向かう十字手裏剣状の開口１０とからなり、小凹部９は、４枚の三角形状の花弁状片が下方向に拡開する花弁状を呈するものとなっている。そして、突起３の菱形の互いに向かい合う頂点を結んでなる二つの対角線（ｉ、ｊ）の一方の伸び方向が、金属板２の長辺方向と一致するようにしてあることを特徴とする。
また、本発明の別の製造方法では、図１および図９に示すごとく、この金属多孔体１は、金属板２の表裏に、交互に突出する多数の突起３を有する。各突起３は、上底５（突出部）の面積が下底６の面積よりも狭い三角錐台状に形成されている。各突起３の上底５には、上底５から下底６方向に向かって打ち抜かれた、平面視で三角形状の開口部８が形成されている。この開口部８は、上底５の中央部に凹み形成された三角錐形状の小凹部９と、該小凹部９の中央部において、上底５の三つの角部に向かう三角手裏剣状の開口１０とからなり、小凹部９は、３枚の三角形状の花弁状片が下方向に拡開する花弁状を呈するものとなっている。そして、突起３の三角形の一辺（ｎ）の伸び方向が、金属板２の長辺方向と一致するようにしてあることを特徴とする。
図７および図９に示すような形態においても、表面側の上底５と裏面側の上底５との上下方向にかかる間隔寸法、すなわち金属多孔体１の厚み寸法をｄ、打ち抜かれた花弁部分の高さ寸法をｅとしたときに、0.３＜ｅ／ｄ＜0.９が成り立ち、また、金属多孔体１の重量が５０〜４５０ｇ／ｍ 2 の範囲となるように各部の寸法を設定すればよい。
本発明の金属多孔体１の製造では、金属板２をプレス加工する一対のエンボスロール１２ａ・１２ｂとして、図４および図５に示すごとく、特定の構造を有するロール１２ａ・１２ｂを使用する。このエンボスロール１２ａ・１２ｂの表面には、多数の角錐台状の凸凹部１４・１５が、縦横交互に互い違いに碁盤の目状に設けられている。各凸部１４の中央部には、多角錐状の微小凹部１７が凹み形成されている。各凹部１５の中央部には、微小凸部１８が突出形成されている。この微小凸部１８は、平面視で凹部１５の角部の方向に向かうような複数個の頂点を有する多方手裏剣状を呈していて、各頂点と中央の突出頂点部とを結ぶ峰部分は切刃状に形成されている。図６に示すごとく、二つのエンボスロール１２ａ・１２ｂの凸凹部１４・１５および微小凹凸部１７・１８は、互いに食い違うように設けられており、これらエンボスロール１２ａ・１２ｂは、その凸凹部１４・１５および微小凹凸部１７・１８が互いにかみ合う状態で、互いに反対方向に回転する。
そして、図４に示すごとく、エンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓに金属板２を送り込むことにより、上下の凸凹部１４・１５によって、該金属板２の表裏面に交互に突出するように角錐台状の突起３がエンボス加工により形成され、それと同時に、各突起３の上底５が微小凸部１８で突き破られて、上底５から下底６の方向に向かって打ち抜かれた多角錐状の開口部８が形成される。
具体的には、図４に示すごとく、金属体２は、短辺と長辺とを有する長方形状を呈するものとし、エンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙に向かって、金属体２を長辺方向に走行させながら送り込むようにする。図８に示すごとく、エンボスロール１２ａ・１２ｂの表面に形成された凹凸部１４・１５を、菱形錐台状に形成する。各凸部１４の中央部には、菱形錐状の微小凹部１７を凹み形成する。各凹部１５の中央部には、平面視で凹部１５の角部の方向に向かうような四個の頂点を有する十字手裏剣状（四方手裏剣状）の微小凸部１８を突出形成する。凹凸部１４・１５の菱形の対向する角部を結んでなる二つの対角線の一方の伸び方向が、金属板２の長辺方向、すなわち金属板２のエンボスロール１２ａ・１２ｂへの送り込み方向と一致するように、これら凹凸部１４・１５を形成する。
そして、図４に示すようにエンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓに金属板２を送り込むと、図７に示すごとく、金属板２の表裏面に交互に突出するような菱形錐台状の突起３が、その菱形の互いに向かい合う頂点を結んでなる二つの対角線（ｉ、ｊ）の一方の伸び方向が、金属体２の長辺方向と一致するような姿勢で形成される。
また、図４に示すごとく、金属体２は、短辺と長辺とを有する長方形状を呈するものとし、エンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙に向かって、金属体２を長辺方向に走行させながら送り込むようにしたうえで、図１０に示すごとく、エンボスロール１２ａ・１２ｂの表面に形成された凹凸部１４・１５を、三角錐台状に形成してもよい。この場合には、各凸部１４の中央部には、三角錐形状の微小凹部１５を凹み形成する。各凹部１５の中央部には、平面視で凹部１５の角部の方向に向かうような三個の頂点を有する三方手裏剣状の微小凸部１８を突出形成する。凹凸部１４・１５の三角形の一辺の伸び方向が、金属板２の長辺方向、すなわち該金属板２のエンボスロール１２ａ・１２ｂへの送り込み方法と一致するように、凹凸部１４・１５を形成する。
そして、エンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓに金属板２を送り込むと、該金属板２の表裏面に交互に突出するような三角錐台状の突起３が、その三角形の一辺（ｎ）の伸び方向が、金属体２の長辺方向と一致するような姿勢で形成される。
本発明に係る金属多孔体においては、図１に示すごとく、表裏面に突起３が互いに逆になるようにエンボス加工を施し、且つ表裏面側の突起３の中央部に開口部８を設けたので、金属多孔体１は高い空間率を有するものとなる。従って、当該金属多孔体１を電極基材に適用した場合には、多くの活物質含有ペーストを塗布して、電池容量の高容量化に寄与できる。また、活物質の利用率を向上させ、ひいては集電性能の向上を図ることができる。
図２に示すごとく、四角錐台状の突起３の上底５（突出部、つまり突起の突出端面）の面積を下底６より小さく角錐台状に形成することで、突起部３に合剤含有ペースト（以下、単にペーストともいう）が入り込み易く、塗布時のペースト充填率を向上させることができる。各突起３に備わる上底開口部８を多角孔（例えば、上底側開口部８が四角形の孔）にすることで、上底側開口部８を広くとり、充填量および充填性を向上させることができる。
打ち抜きバリ７を上底５から下底６に向かって作製することで、金属多孔体１の表面に鋭利な金属突起ができることを防いで、活物質含有ペーストの連続塗布時にドクターブレードに引っ掛かって、金属多孔体１が破断する、あるいは、均一な塗布ができないといった問題を回避することができる。金属多孔体１の厚み寸法（ｄ）と打ち抜かれた部分の高さ寸法（ｅ）の関係から、ｅ／ｄは0.３〜0.９である必要がある。このように設定しておかないと、突起３の上底５から下底６に向かって形成される打ち抜きバリ７の先端が、その形成角度や長さにもよるが、下底６側の最表面から突出してしまうおそれがある。また、ｅ／ｄが0.３以下では活物質からの距離が遠くなり、集電効率が低下する。ｅ／ｄが0.９以上であるとハンドリング時にバリ７が引っ掛かる可能性があり、作業性が低下し歩留まりが悪くなる不具合もある。
金属多孔体１を構成する金属板２の板厚は、１０〜５０μｍが好ましい。１０μｍ以下では、加工後の強度が弱く、堅固な骨格構造が得られない。５０μｍ以上では、成形後の金属多孔体１に占める金属部分の体積が多くなり、活物質の充填率が低くなり、電池容量の低下を招く。
四角角錐台状の突起３を含む金属多孔体１の厚み寸法ｄは、0.０６〜1.２mmであることが好ましい。活物質充填後、カレンダーまたはプレス等の工程を経るため、0.０６mm以下では十分な活物質を充填できない。1.２mm以上となると、活物質と金属板２との距離が長くなるため、活物質の利用率が低くなり、電池容量が低下する。
金属多孔体１を構成する金属板２の重量は５０〜４５０ｇ／ｍ2 とする。５０ｇ／ｍ2 以下では、電池用電極として十分な強度を保つことができない。４５０ｇ／ｍ2 以上となると、成形後の金属部分の占める重量が多くなり、活物質の充填量が低下する。従って、金属板２の重量は５０〜４５０ｇ／ｍ2 、より好ましくは７５〜４２５ｇ／ｍ2 の範囲である。
前記突起３の下方向に打ち抜かれた部分と、上底５の平面部分とのおりなす角θは、０°より大きく、９０以下であることが好ましく、２０°以上、９０°以下であることがより好ましい。０°とはすなわち、開口部８が打ち抜かれていない状態を意味する。さらに２０°≦θとすることで、空孔率を高め、活物質の充填性を良くし、活物質の利用率の向上に寄与できるため、金属多孔体１は、電池やキャパシタなどの電気化学素子の電極基材として好適なものとなる。９０°より大きい角度では、金属多孔体１の成型そのものが困難、或いは多くの工数が必要となり、製造コストが多大に掛かる不利がある。また、打ち抜き部分の中心部分に充填された活物質の利用率が低下するため、電気化学素子の電極基材としては不適となる。
図７に示すごとく、各突起３を菱形錐台状として、突起３の菱形の互いに向かい合う頂点を結んでなる二つの対角線（ｉ、ｊ）の一方の伸び方向（図７においては対角線ｊの伸び方向）が、金属板２（金属多孔体１）の長辺方向、すなわち基材である金属体２のエンボスローラ１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓへの送り込み方向と一致するようにしてあると、菱形の突起３を構成する各辺の伸び方向と、金属体２のエンボスローラ１２ａ・１２ｂへの送り込み方向とを不一致となる。このため、図２に示すごとく、四角形状の突起３を構成する各辺の伸び方向と、金属体２のエンボスローラ１２ａ・１２ｂへの送り込み方向とが一致する形態に比べて、プレス成型時に金属板２に作用する、該金属板２をその長辺方向に伸ばそうとする力を２方向に分散して、該力を可及的に小さく抑えることができる。従って、金属板２が不用意に長辺方向に伸びることをよく防いで、金属多孔体１を寸法精度良く作製できる。また、金属多孔体１により皺ができたり、開口部８が大きくなって金属多孔体１が断裂することもよく抑えることができる。
図９に示すごとく、各突起３を三角錐台状として、突起３の三角の一辺の伸び方向（図９においては、辺ｎの伸び方向）が、金属板２（金属多孔体１）の長辺方向、すなわち基材である金属体２のエンボスローラ１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓへの送り込み方向と一致するようにした場合にも、先の図７の形態と同様に、プレス成型時に金属板２に作用する該金属板２をその長辺方向に伸ばそうとする力を可及的に小さく抑えることができるので、金属板２が不用意に長辺方向に伸びることをよく防いで、金属多孔体１を寸法精度良く作製できる。また、金属多孔体１により皺ができたり、開口部８が大きくなって金属多孔体１が断裂することもよく抑えることができる。
（第１実施形態）
図１ないし図３は、本発明に係る金属多孔体を、電池等の各種電気化学素子の電極基材に適用した第１実施形態を示す。金属多孔体１は、図１および図２に示すごとく、鉄、ステンレス、ニッケル、銅、アルミニウムなどを素材とする金属板２に対してプレス加工を施してなるものであり、金属板２の表裏には、交互に突出するように形成された多数の四角錐台状の突起３が形成されている。ここでは、２５μｍの厚み寸法（ｈ）を有するＳＰＣＣ鋼板を使用し、この鋼板の表裏両面に、上底５および下底６とからなる四角錐台状の突起３を碁盤の目状に形成した。各突起３は、上底５（突出部）の面積が、下底６の面積よりも狭い正四角錐台状に形成されており、下底６の縦横長さ寸法は1.１３mm、上底５の縦横長さ寸法（ａ・ｂ）は0.６５mm（ａ＝ｂ＝0.６５mm）とした。
図１ないし図３は、本発明に係る金属多孔体を、電池等の各種電気化学素子の電極基材に適用した第１実施形態を示す。金属多孔体１は、図１および図２に示すごとく、鉄、ステンレス、ニッケル、銅、アルミニウムなどを素材とする金属板２に対してプレス加工を施してなるものであり、金属板２の表裏には、交互に突出するように形成された多数の四角錐台状の突起３が形成されている。ここでは、２５μｍの厚み寸法（ｈ）を有するＳＰＣＣ鋼板を使用し、この鋼板の表裏両面に、上底５および下底６とからなる四角錐台状の突起３を碁盤の目状に形成した。各突起３は、上底５（突出部）の面積が、下底６の面積よりも狭い正四角錐台状に形成されており、下底６の縦横長さ寸法は1.１３mm、上底５の縦横長さ寸法（ａ・ｂ）は0.６５mm（ａ＝ｂ＝0.６５mm）とした。
各突起３の上底５には、下底６に向かって打ち抜きバリ７を有し且つ上底側開口部の形状が正方形である四角孔（開口部）８が形成されている。詳しくは、この開口部８は、上底５の中央部に凹み形成された四角錐形状の小凹部９と、小凹部９の中央部において、下底６方向に向かって打ち抜かれた十字手裏剣状の開口１０とからなる。小凹部９は、４枚の花弁状片が拡開する花弁状を呈するものとなる。ここでの開口部８の縦横寸法、すなわち小凹部９の縦横寸法は、0.６５mm×0.６５mmである。
本実施形態においては、図１に示すごとく、表裏面の突起３を含む基材１の厚み寸法ｄは0.４４mmとした。さらに、上底５の平坦部とバリ７の下端部とで規定される、打ち抜かれた部分の高さ寸法ｅは0.２４mmであり、ｅ／ｄは0.５５であった。また、突起形成後の金属板２の重量は、２１５ｇ／ｍ2 であった。
以上のような立体構造を有する基材１は、図４に示すごとく、反対方向に回転する上下一対のエンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓに、金属板２を通すことで製造できる。図５（ａ）・（ｂ）に示すように、各エンボスロール１２ａ・１２ｂの表面には、多数の凸部１４と凹部１５とが、縦横交互に互い違いに碁盤の目状に設けられている。各凸部１４は、下広がりの四角錐台状に突出形成されており、その突出部２０の中央部には、四角錐状の微小凹部１７が凹み形成されている。各凹部１５は、上広がりの四角錐台状に凹み形成されており、その陥没部２１の中央部には、平面視で凹部１５の角部に向かうような四個の頂点を有する十字手裏剣状を呈する微小凸部１８が突出形成されている。かかる微小凸部８の各頂点と中央の突出頂点部とを結ぶ尾根部分は切刃状に形成されている。凸凹部１４・１５は、平面視で1.１３mm×1.１３mmの縦横寸法を有する正方形状を呈している。微小凹凸部１７・１８は、0.６５mm×0.６５mmの正方形状を呈している。ここでは凸部１４の高さ寸法および凹部１５の深さ寸法は0.４mm、微小凸部１８の高さ寸法、および微小凹部１７の深さ寸法は0.３５mmとした。
図６に示すごとく、上下のエンボスロール１２ａ・１２ｂの凸凹部１４・１５および微小凹凸部１７・１８は、互いに食い違うように設けられている。すなわち、上側のロール１２ａの凸部１４と対峙する位置に、下側のロール１２ｂの凹部１５が位置しており、同様に上側のロール１２ａの微小凸部１８と対峙する位置に、下側のロール１２ｂの微小凹部１７が位置している。かくして、上下のエンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓは、上下の凸凹部１４・１５および微小凹凸部１７・１８がかみ合う波歯型状となる。
そして、図４に示すごとく、上下一対のエンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓに、金属板２を送り込むと、上下の凸凹部１４・１５によって、金属板２の表裏面に交互に突出するように四角錐台状の突起３がエンボス加工により形成される。それと同時に、各突起３内に四角錐状の小凹部９が形成されるとともに、この小凹部の中央部９が微小凸部１８で突き破られて、十字手裏剣状の開口１０が形成される。小凹部９は、４枚の花弁状のバリが拡開する花弁形状となる。
図３は、以上のような方法で得られた基材１の表面の凹凸状態を示すために、基材１の表面を斜め方向から撮影（倍率２０倍）した写真であり、基材１は、碁盤の目状に、微細なピッチで多数個の微細口（開口部）８が並ぶものとなっていた。また、表面には、バリや鋭利な凸部が一切ないことが確認できた。なお、先の図１および図２は、金属板（ＳＰＣＣ鋼板）２の表裏両面に突起３が形成されている様子を概略的に示したもので、各部の寸法を正確に反映させたものではない。
以上のように、本実施例に係る金属多孔体である基材１では、表裏面に突起３が互いに逆になるようにエンボス加工を施し、且つ表裏面側の突起３の中央部に開口部８を設けたので、金属板２の板厚が例えば２５μｍである場合、その断面構造を４４０μｍ厚（ｄ：図１参照）前後まで立体化することができる。これにより、空間率の高い基材１を得ることができるので、多くの活物質含有ペーストを塗布して、電池容量の高容量化を図ることができる。また、活物質の利用率を向上させ、ひいては集電性能の向上を図ることができる。四角錐台状の突起３の上底５（突出部、つまり突起の突出端面）の面積を下底６より小さく角錐台状に形成することで、突起部３に合剤含有ペースト（以下、単にペーストともいう）が入り込み易く、塗布時のペースト充填率を向上させることができる。隣り合う角錐台状の突起３を表裏逆に突出させて、表裏対称状とすることで、表裏のペースト塗布量を均一にし、電極形成時のプレス工程における電極のそりを抑制することができ、生産性を向上させることができる。各突起３に備わる上底開口部８を多角孔（例えば、上底側開口部８が四角形の孔）にすることで、上底側開口部８を広くとり、充填量および充填性を向上させることができる。
そのうえで、打ち抜きバリ７を上底５から下底６に向かって作製することで、基材１の表面に鋭利な金属突起ができることを防いで、活物質含有ペーストの連続塗布時にドクターブレードに引っ掛かって、基材１が破断する、あるいは、均一な塗布ができないといった問題を回避することができる。さらに、成型後の電極表面にも基材１が露出することがなくなり、短絡を防止できる利点もある。このとき、基材１の厚み寸法（ｄ）と打ち抜かれた部分の高さ寸法（ｅ）の関係から、ｅ／ｄは0.３〜0.９である必要がある。このように設定しておかないと、突起３の上底５から下底６に向かって形成される打ち抜きバリ７の先端が、その形成角度や長さにもよるが、下底６側の最表面から突出してしまうおそれがある。また、ｅ／ｄが0.３以下では活物質からの距離が遠くなり、集電効率が低下する。ｅ／ｄが0.９以上ではハンドリング時にバリ７が引っ掛かる可能性があり、作業性が低下し歩留まりが悪くなる不具合もある。以上よりｅ／ｄは0.３〜0.９の範囲が好ましく、より好ましくは0.４〜0.８の範囲が好ましい。
金属板２の板厚は、１０〜５０μｍが好ましい。１０μｍ以下では、加工後の基材１の強度が弱く、堅固な骨格構造が得られない。５０μｍ以上では、成形後の基材１に占める金属部分の体積が多くなり、活物質の充填率が低くなり、電池容量の低下を招く。
四角角錐台状の突起３を含む基材１の厚み寸法ｄは、0.０６〜1.２mmであることが好ましい。活物質充填後、カレンダーまたはプレス等の工程を経るため、0.０６mm以下では十分な活物質を充填できない。1.２mm以上では、活物質と金属板２との距離が長くなるため、活物質の利用率が低くなり、電池容量が低下する。
金属板２の重量は５０〜４５０ｇ／ｍ2 とする。５０ｇ／ｍ2 以下では、電池用電極として十分な強度を保つことができない。４５０ｇ／ｍ2 以上では、成形後の金属部分の占める重量が多くなり、活物質の充填量が低下する。以上より、金属板２の重量は５０〜４５０ｇ／ｍ2 、より好ましくは７５〜４２５ｇ／ｍ2 の範囲である。
上記のような特殊形状のエンボスロール１２ａ・１２ｂを使って基材１を製造するようにしてあると、長尺の基材１を一回の機械加工で作製することができるので、基材１の製造コストが安価に済む。断面が立体構造にもかかわらず、表面にバリや鋭利な凸部がないので、巻き取りが容易であり、歩留まり良く基材１を製造できる。一回の押し込み成形で製作できるので、歪が生じ難く、従って、得られた基材１は、堅固な骨格を有し、引張強度に優れたものとなる。
（第２実施形態）
図７に本発明の第２実施形態に係る金属多孔体を示す。金属多孔体１は、図１および図７に示すごとく、鉄、ステンレス、ニッケル、銅、アルミニウムなどを素材とする金属板２に対してプレス加工を施してなるものであり、金属板２の表裏には、交互に突出するように形成された多数の四角錐台状の突起３が形成されている。ここでは、図１に示すごとく、２５μｍの厚み寸法（ｈ）を有するＳＰＣＣ鋼板を使用し、この鋼板の表裏両面に、上底５および下底６とからなる菱形錐台状の突起３を碁盤の目状に形成した。各突起３は、上底５（突出部）の面積が、下底６の面積よりも狭い菱形錐台状に形成されており、下底６の対角線の長さ寸法（ｉ、ｊ）は、ｉ＝0.８mm、ｊ＝1.０mmとした。
図７に本発明の第２実施形態に係る金属多孔体を示す。金属多孔体１は、図１および図７に示すごとく、鉄、ステンレス、ニッケル、銅、アルミニウムなどを素材とする金属板２に対してプレス加工を施してなるものであり、金属板２の表裏には、交互に突出するように形成された多数の四角錐台状の突起３が形成されている。ここでは、図１に示すごとく、２５μｍの厚み寸法（ｈ）を有するＳＰＣＣ鋼板を使用し、この鋼板の表裏両面に、上底５および下底６とからなる菱形錐台状の突起３を碁盤の目状に形成した。各突起３は、上底５（突出部）の面積が、下底６の面積よりも狭い菱形錐台状に形成されており、下底６の対角線の長さ寸法（ｉ、ｊ）は、ｉ＝0.８mm、ｊ＝1.０mmとした。
各突起３の上底５には、上底５から下底６方向に向かって打ち抜かれた、平面視で菱形形状の開口部８が形成されている。詳しくは、この開口部８は、上底５の中央部に凹み形成された菱形錐形状の小凹部９と、該小凹部９の中央部において、下底６方向に向かって打ち抜かれた十字手裏剣状の開口１０とからなる。小凹部９は、４枚の花弁状片が拡開する花弁状を呈するものとなる。ここでの開口部８の対角線（ｋ、ｍ）の長さ寸法、すなわち小凹部９の対角線の長さ寸法（ｋ、ｍ）は、ｋ＝0.４mm、ｍ＝0.６mmである。金属多孔体１の厚み寸法ｄは、0.４４mmとした。さらに上底５の平坦部とバリ７の下端部とで規定される、打ち抜かれた部分の高さ寸法ｅは、0.２４mmであり、ｅ／ｄは0.５５であった。また、突起形成後の金属体２の重量は、２１５ｇ／ｍ2 であった。
そのうえで本実施形態においては、突起３の菱形の互いに向かい合う頂点を結んでなる二つの対角線（ｉ、ｊ）の伸び方向の一方が、金属多孔体１の長辺方向と一致するようにしてある点が着目される。図７には、対角線ｊの伸び方向が、金属多孔体１の長辺方向と一致する形態を示す。
このように、菱形の突起３の一方の対角線が、金属多孔体１の長辺方向と一致するようにしてあると、すなわち基材である金属体２のエンボスローラ１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓへの送り込み方向と一致するようにしてあると、菱形の突起３を構成する各辺の伸び方向と、金属体２のエンボスローラ１２ａ・１２ｂへの送り込み方向とを不一致となる。このため、図２に示すごとく、四角形の突起３を構成する各辺の伸び方向と、金属体２のエンボスローラ１２ａ・１２ｂへの送り込み方向とが一致する形態に比べて、プレス成型時に金属板２に作用する、該金属板２をその長辺方向に伸ばそうとする力を２方向に分散して、この力を可及的に小さく抑えることができる。従って、金属板２が不用意に長辺方向に伸びることをよく防いで、金属多孔体１を寸法精度良く作製できる。また、金属多孔体１により皺ができたり、開口部８が大きくなって金属多孔体１が断裂することもよく抑えることができる。
以上のような立体構造を有する基材１は、図４に示すごとく、反対方向に回転する上下一対のエンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓに、金属板２を通すことで製造できる。図８（ａ）に示すように、各エンボスロール１２ａ・１２ｂの表面には、多数の凸部１４と凹部１５とが、縦横交互に互い違いに碁盤の目状に設けられている。図８（ｂ）に示すごとく、各凸部１４は、下広がりの菱形錐台状に突出形成されており、その突出部の中央部には、菱形錐状の微小凹部１７が凹み形成されている。各凹部１５は、上広がりの菱形錐台状に凹み形成されており、その陥没部２１の中央部には、平面視で凹部１５の角部の方向に向かうような四個の頂点を備える十字手裏剣状の微小凸部１８が突出形成されている。微小凸部８の各頂点と中央の突出頂点部とを結ぶ尾根部分は切刃状に形成されている。各凹凸部１４・１５の菱形の互いに対向する角部を結んでなる二つの対角線の一方の伸び方向が、金属板２の長辺方向、すなわち金属板２のエンボスロール１２ａ・１２ｂへの送り込み方向と一致するように、これら凹凸部１４・１５を形成してある。
図６に示すごとく、上下のエンボスロール１２ａ・１２ｂの凸凹部１４・１５および微小凹凸部１７・１８は、互いに食い違うように設けられている。すなわち、上側のロール１２ａの凸部１４と対峙する位置に、下側のロール１２ｂの凹部１５が位置しており、同様に上側のロール１２ａの微小凸部１８と対峙する位置に、下側のロール１２ｂの微小凹部１７が位置している。かくして、上下のエンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓは、上下の凸凹部１４・１５および微小凹凸部１７・１８がかみ合う波歯型状となる。
そして、図４に示すようにエンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓに金属板２を送り込むと、図７に示すごとく、金属板２の表裏面に、菱形錐台状の突起３が形成される。このとき、菱形の互いに向かい合う頂点を結んでなる二つの対角線（ｉ、ｊ）の一方の伸び方向が、金属体２の長辺方向と一致するように、突起３が形成される。
（第３実施形態）
図９に、本発明の第３実施形態に係る金属多孔体を示す。金属多孔体１は、図１および図９に示すごとく、鉄、ステンレス、ニッケル、銅、アルミニウムなどを素材とする金属板２に対してプレス加工を施してなるものであり、金属板２の表裏には、交互に突出するように形成された多数の正三角錐台状の突起３を碁盤の目状に形成した。各突起３は、上底５（突出部）の面積が、下底６の面積よりも狭い菱形錐台状に形成されており、下底６の一辺の長さ寸法ｏは、1.２mmとした。
図９に、本発明の第３実施形態に係る金属多孔体を示す。金属多孔体１は、図１および図９に示すごとく、鉄、ステンレス、ニッケル、銅、アルミニウムなどを素材とする金属板２に対してプレス加工を施してなるものであり、金属板２の表裏には、交互に突出するように形成された多数の正三角錐台状の突起３を碁盤の目状に形成した。各突起３は、上底５（突出部）の面積が、下底６の面積よりも狭い菱形錐台状に形成されており、下底６の一辺の長さ寸法ｏは、1.２mmとした。
各突起３の上底５には、上底５から下底６方向に向かって打ち抜かれた、平面視で三角形形状の開口部８が形成されている。この開口部８は、上底５の中央部に凹み形成された正三角錐形状の小凹部９と、小凹部９の中央部において、下底６方向に向かって打ち抜かれた三方向に切り込みを有する手裏剣状の開口１０とからなる。小凹部９は、３枚の花弁状片が拡開する花弁状を呈するものとなる。ここでの小凹部９の一辺の長さ寸法ｎは、0.８５mmである。図１に示すごとく、金属多孔体１の厚み寸法ｄは、0.４４mmとした。さらに上底５の平坦部とバリ７の下端部とで規定される、打ち抜かれた部分の高さ寸法ｅは、0.２４mmであり、ｅ／ｄは0.５５であった。また、突起形成後の金属体２の重量は、２１５ｇ／ｍ2 であった。
このように、各突起３を三角錐台状として、突起３の三角の一辺の伸び方向（図９においては辺ｎの伸び方向）が、金属板２（金属多孔体１）の長辺方向、すなわち基材である金属体２のエンボスローラ１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓへの送り込み方向と一致するようにしてあると、先の第２実施形態に係る図７の場合と同様に、プレス成型時に金属板２に作用する該金属板２をその長辺方向に伸ばそうとする力を可及的に小さく抑えることができるので、金属板２が不用意に長辺方向に伸びることをよく防いで、金属多孔体１を寸法精度良く作製できる。また、金属多孔体１により皺ができたり、開口部８が大きくなって金属多孔体１が断裂することもよく抑えることができる。
以上のような立体構造を有する基材１は、図４に示すごとく、反対方向に回転する上下一対のエンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓに、金属板２を通すことで製造できる。この場合の各エンボスロール１２ａ・１２ｂの表面には、図１０（ａ）に示すように、多数の凸部１４と凹部１５とが、縦横交互に互い違いに設けられている。図１０（ｂ）に示すように、各凸部１４は、下広がりの三角錐台状に突出形成されており、その突出部の中央部には、三角錐形状の微小凹部１７が凹み形成されている。各凹部１５は、上広がりの三角錐台状に凹み形成されており、その陥没部２１の中央部には、平面視で凹部１５の角部の方向に向かうような三個の頂点を備える三方手裏剣状の微小凸部１８が突出形成されている。微小凸部８の各頂点と中央の突出頂点部とを結ぶ尾根部分は切刃状に形成されている。ここでは、凹凸部１４・１５の三角形の一辺の伸び方向が、金属板２の長辺方向、すなわち金属板２のエンボスロール１２ａ・１２ｂへの送り込み方向と一致するように、これら凹凸部１４・１５を形成してある。
図６に示すごとく、上下のエンボスロール１２ａ・１２ｂの凸凹部１４・１５および微小凹凸部１７・１８は、互いに食い違うように設けられている。すなわち、上側のロール１２ａの凸部１４と対峙する位置に、下側のロール１２ｂの凹部１５が位置しており、同様に上側のロール１２ａの微小凸部１８と対峙する位置に、下側のロール１２ｂの微小凹部１７が位置している。かくして、上下のエンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓは、上下の凸凹部１４・１５および微小凹凸部１７・１８がかみ合う波歯型状となる。
図４に示すようにエンボスロール１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓに金属板２を送り込むと、図９に示すごとく、交互に突出するような三角錐台状の突起３が、その三角形の一辺の伸び方向（図９においては辺ｎの伸び方向）が、金属体２の長辺方向と一致するような姿勢でもって、金属板２の表裏面に形成される。
これら第１乃至３の実施形態に係る金属多孔体１の長辺方向の伸び率を、以下の表１に示す。具体的には、幅（短辺）９０mm、長さ（長辺）８００mmの金属体２に対して、図４に示すように長辺方向からエンボスロール１２ａ・１２ｂ内に挿入して、総厚み寸法が0.２８mmとなるまで圧縮加工を施して、金属多孔体１を得た。
表１より、第１実施形態のように、四角台形状の突起３を構成する各辺の伸び方向と、金属体２のエンボスローラ１２ａ・１２ｂへの送り込み方向とが一致する形態では、金属体２の長辺方向の伸び率が、第２および第３実施形態よりも大きく、精度良く金属多孔体１を形成することが困難であることがわかる。
それに比べて、第２実施形態のように、菱形錐台状の突起３の菱形の互いに向かい合う頂点を結んでなる二つの対角線ｉ、ｊの一方の伸び方向（図７においては対角線ｊの伸び方向）が、金属板２（金属多孔体１）の長辺方向、すなわち基材である金属体２のエンボスローラ１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓへの送り込み方向と一致する場合や、第３実施形態のように、三角錐台状の突起３の三角の一辺の伸び方向（図９においては、辺ｎの伸び方向）が、金属板２（金属多孔体１）の長辺方向、すなわち基材である金属体２のエンボスローラ１２ａ・１２ｂの対向間隙Ｓへの送り込み方向と一致する場合には、第１実施形態に比べて、金属体２の伸び率が小さく、精度良く金属多孔体１を作製できることがわかる。
上記実施形態では、四角錐台状や三角錐台状の突起３を有していたが、突起３や開口部８の形状はこれらに限られず、五角形や六角形などの多角形状であってもよい。
本発明に係る金属多孔体は、多数独立の微細口を有する多孔性基材であるため、エアフィルターやオイルミストフィルター等の各種フィルターに適用できる。工業用脱臭触媒の担体に適用することもできる。
１ 金属多孔体
２ 金属板
３ 突起
５ 上底
６ 下底
８ 開口部
１２ エンボスロール
１４ 凸部
１５ 凹部
１７ 微小凹部
１８ 微小凸部
２ 金属板
３ 突起
５ 上底
６ 下底
８ 開口部
１２ エンボスロール
１４ 凸部
１５ 凹部
１７ 微小凹部
１８ 微小凸部
Claims (6)
- 板厚が１０〜５０μｍの金属板の表裏に、交互に突出するように形成された多数の突起を有し、
各突起は、上底（突出部）の面積が、下底の面積よりも狭い角錐台状に形成されており、
各突起の前記上底には、上底から下底方向に向かって打ち抜かれた、平面視で多角形状の開口部が形成されており、
重量が５０〜４５０ｇ／ｍ 2 の範囲にあり、
表面側の上底と裏面側の上底との上下方向にかかる間隔寸法をｄ、打ち抜かれた部分の高さ寸法をｅとしたときに、0.３＜ｅ／ｄ＜0.９が成り立っていることを特徴とする金属多孔体。 - 短辺と長辺とを有する長方形状の板厚が１０〜５０μｍの平板状の金属板を、長辺方向に走行させ、一対のエンボスロールの対向間隙に送り込むことによってプレス成型を行い、金属板の表裏に、交互に突出する多数の突起を有し、多数独立の開口部を有する重量が５０〜４５０ｇ／ｍ 2 の金属多孔体とする金属多孔体の製造方法であって、
各突起は、上底（突出部）の面積が下底の面積よりも狭い菱形錐台状に形成され、
各突起の上底には、上底から下底方向に向かって打ち抜かれた、平面視で菱形形状の開口部が形成され、
前記開口部は、上底の中央部に凹み形成された菱形錐形状の小凹部と、該小凹部の中央部において、上底の四つの角部に向かう十字手裏剣状の開口とからなり、前記小凹部は、４枚の三角形状の花弁状片が下方向に拡開する花弁状を呈するものとなり、
表面側の上底と裏面側の上底との上下方向にかかる間隔寸法をｄ、打ち抜かれた花弁部分の高さ寸法をｅとしたときに、0.３＜ｅ／ｄ＜0.９が成り立ち、
前記突起の菱形の互いに向かい合う頂点を結んでなる二つの対角線の一方の伸び方向が、前記金属板の長辺方向と一致するようにプレス成型を行うことを特徴とする金属多孔体の製造方法。 - 短辺と長辺とを有する長方形状の板厚が１０〜５０μｍの平板状の金属板を、長辺方向に走行させ、一対のエンボスロールの対向間隙に送り込むことによってプレス成型を行い、金属板の表裏に、交互に突出する多数の突起を有し、多数独立の開口部を有する重量が５０〜４５０ｇ／ｍ 2 の金属多孔体とする金属多孔体の製造方法であって、
各突起は、上底（突出部）の面積が下底の面積よりも狭い三角錐台状に形成され、
各突起の上底には、上底から下底方向に向かって打ち抜かれた、平面視で三角形状の開口部が形成され、
前記開口部は、上底の中央部に凹み形成された三角錐形状の小凹部と、該小凹部の中央部において、上底の三つの角部に向かう三方手裏剣状の開口とからなり、前記小凹部は、３枚の三角形状の花弁状片が下方向に拡開する花弁状を呈するものとなり、
表面側の上底と裏面側の上底との上下方向にかかる間隔寸法をｄ、打ち抜かれた花弁部分の高さ寸法をｅとしたときに、0.３＜ｅ／ｄ＜0.９が成り立ち、
前記突起の三角の一辺の伸び方向が、前記金属板の長辺方向と一致するようにプレス成型を行うことを特徴とする金属多孔体の製造方法。 - 前記突起の形状が四角錐台状である請求項１に記載の金属多孔体。
- 前記ｄが、0.０６〜1.２mmである請求項１に記載の金属多孔体。
- 前記突起の下方向に打ち抜かれた部分と、上底の平面部分とのおりなす角θが、２０°以上、９０°以下である請求項１に記載の金属多孔体。
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